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第2节　细胞的能量“货币”ATP
[学习目标]　1.通过分析ATP结构与功能之间的关系，认同结构与功能相适应。2.通过分析ATP与ADP之间的相互转化，提高理解能力，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。3.通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源不同。4.通过对萤火虫发光现象的研究，了解荧光素对人类生活的影响。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)ATP水解的过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
5．ATP的供能机理：ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
判断正误
(1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　)
(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　)
(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　)
(4)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
提示　(1)ATP是细胞内的直接能源物质。(2)ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。(3)ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。(4)ATP脱去所有特殊的化学键后是AMP。
任务一：分析ATP的结构及特点
1．辨析ATP中的A代表腺嘌呤吗？
资料1　如图为ATP结构式：
(1)ATP的元素组成是什么？图中①②③的结构分别代表什么？
提示　ATP的元素组成是C、H、O、N、P。图中①代表腺嘌呤，②代表核糖，③代表磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示　①②。
2．辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
资料2　α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
(1)从实验结果可知，ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
提示　β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。因为ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)写出ATP水解的反应式。
提示　ATPADP＋Pi(磷酸)＋能量。
(3)为什么说ATP是一种高能磷酸化合物(一般将水解时释放20.92 kJ/mol及以上能量的化合物叫作高能化合物)
提示　因为1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。
(4)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示　腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。
(5)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示　ATP完全水解得到腺嘌呤、核糖、磷酸。
1．ATP的分子组成
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成相同。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
2．生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP(直接能源物质)。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)最终能量来源：太阳能。
1．下列图示能正确表示ATP的是(　　)
A.
B.
C.
D.
答案　A
解析　ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，P代表磷酸基团，正确的连接方式为A项。
2．下列关于ATP分子的叙述，正确的是(　　)
A．A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团
B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C．1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂
D．T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
答案　B
解析　ATP分子的结构简式为A—P～P～P，其中的A代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，T表示三个(磷酸基团)，可见，ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素，A、D错误，B正确；1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自远离“腺苷”的那个特殊化学键的断裂，C错误。
二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
1．ATP与ADP之间的相互转化
(1)相互转化的过程及能量来源图解
(2)ATP与ADP转化的特点
①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。
2．ATP的利用
(1)ATP的利用
(2)ATP为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
(3)ATP是细胞内流通的能量“货币”
①吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
②放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
③能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
判断正误
(1)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
(3)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　)
(4)根细胞产生ATP的生理过程为呼吸作用和光合作用(　　)
(5)ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇(　　)
(6)胞吞需要ATP水解时释放的能量(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
提示　(1)吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP依然可以快速转化而达到动态平衡。(3)ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。(4)根细胞不能进行光合作用，产生ATP的生理过程为呼吸作用。(5)细胞通过自由扩散吸收胆固醇，不需要消耗能量。
任务二：ATP与ADP之间的相互转化
资料　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。而成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。
1．根据资料可知人体内ATP含量很少，但需求量很大，机体是如何解决这个矛盾来满足人体对能量的需求呢？
提示　通过ATP和ADP之间的快速转化，来满足人体对能量的需求。
2．请完善ATP与ADP相互转化的表格。
反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP
反应类型 水解反应 合成反应
酶的类型 水解酶 合成酶
场所 所有需能部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源 特殊化学键中的化学能 有机物中的化学能、光能
能量去向 用于各项生命活动 储存于特殊的化学键中
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，所需要的酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
任务三：ATP的利用
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，如大脑思考、电鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。如图是ATP为主动运输供能示意图。
(1)由甲→乙过程中，ATP转化为ADP。磷酸基团的去向及其作用是什么？
提示　ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化，空间结构发生变化，活性也被改变，进而协助Ca2＋进行主动运输。
(2)从Ca2＋的转运过程看，Ca2＋的载体蛋白有什么作用？
提示　一是运输作用，结合Ca2＋进行跨膜运输；二是催化作用，能催化ATP水解。
3．下列有关ATP的叙述，不正确的是(　　)
A．ATP的合成一般与放能反应相联系
B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能
C．细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP
D．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
答案　D
4.如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：
(1)在人体内，图示左侧的能量来自__________作用，右侧的能量用于_________(举一例)。
(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自____________________作用和________作用。
(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是________________________________________________________________________。
将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式：____________________________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)呼吸　大脑思考　(2)呼吸　光合　(3)能量和Pi　ADP＋能量＋PiATP
(4)ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中
解析　(1)在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。(4)细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP与ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。
第1～9题，每题5分；第10～13题，每题6分，共69分。
题组一　ATP是一种高能磷酸化合物
1．(2023·南通高一期末)《晋书·车胤传》记载了东晋时期名臣车胤日夜苦读，将萤火虫聚集起来照明读书的故事。萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是(　　)
A．淀粉 B．ATP
C．葡萄糖 D．蛋白质
答案　B
2．如图是ATP的分子结构式，下列叙述错误的是(　　)
A．ATP中含有C、H、O、N、P五种元素
B．图中虚线框中部分代表腺苷
C．ATP分子中①处断裂后形成了ADP
D．ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
答案　C
解析　ATP分子中②的断裂与形成是ATP与ADP相互转化的基础，C错误。
3．(2023·连云港高一期末)ATP上三个磷酸基团所处的位置可以用α、β、γ表示(A－Pα～Pβ～Pγ)。蛋白激酶能将ATP上的一个磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP。若用32P验证蛋白激酶的上述功能，32P应位于ATP的位置是(　　)
A．α位 B．β位
C．γ位 D．β位和γ位
答案　C
解析　ATP水解释放能量断裂的是末端的那个特殊的化学键，ATP中远离腺苷的化学键断裂后可产生ADP，故蛋白激酶可以催化ATP最末端的磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP，则带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。
题组二　ATP与ADP的相互转化
4．如图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述正确的是(　　)
A．反应需要的酶1和酶2是同一种酶
B．ATP与ADP的相互转化处于动态平衡之中
C．该反应物质与能量变化都是可逆的
D．ATP释放的能量主要用于再合成ATP
答案　B
解析　此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，C错误；ATP释放的能量直接用于其他各项生命活动，而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能，D错误。
5．(2023·济南高一期末)如图为ATP与ADP的相互转化，下列叙述正确的是(　　)
A．ATP经酶水解后的产物是合成DNA的原料之一
B．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
C．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
D．ATP与ADP的相互转化使得细胞可以大量储存ATP
答案　B
解析　ATP经酶水解后的产物可以是腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一，A错误； ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，C错误；ATP在细胞中的量很少，不能大量储存，D错误。
6．下列有关ATP的叙述，错误的是(　　)
A．细胞内ATP的含量很少，但消耗量很大
B．ATP与ADP相互转化过程中所需酶的种类相同
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了机体对能量的需求
D．人体细胞内形成ATP的主要生理过程是呼吸作用
答案　B
解析　ATP与ADP相互转化过程中所需的酶不同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，B错误。
题组三　ATP的利用
7．当细胞膜内侧的Ca2＋与其在细胞膜上的载体蛋白(钙泵)结合时，该载体蛋白可以催化ATP分子末端的磷酸基团转移到载体蛋白上，使载体蛋白磷酸化，将Ca2＋释放到膜外。下列叙述错误的是(　　)
A．磷酸化后的载体蛋白空间结构发生改变
B．钙泵体现了蛋白质具有运输和催化功能
C．参与Ca2＋运输的载体蛋白可以重复使用多次
D．加入蛋白质变性剂会提高细胞对Ca2＋运输的速率
答案　D
解析　加入蛋白质变性剂会使钙泵变性失活，降低细胞对Ca2＋运输的速率，D错误。
8．下列关于吸能反应和放能反应的说法，错误的是(　　)
A．ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B．所有细胞中最重要的放能反应是糖的氧化
C．所有植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用
D．肌肉收缩是吸能反应，肌肉做功是放能反应
答案　C
解析　放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系，可见，ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，A正确；所有细胞均可通过呼吸作用将糖氧化分解，在此过程中，储存在糖中的能量被释放出来，即所有细胞最重要的放能反应是糖的氧化，B正确；并不是所有的植物细胞都能进行光合作用，因此光合作用不是所有植物细胞中最重要的吸能反应，C错误；肌肉收缩过程中需消耗能量，属于吸能反应，肌肉做功时失去能量恢复原状，属于放能反应，D正确。
9．(2023·山东潍坊一中高一期末)Mg2＋不仅参与ATP转化为ADP的过程，同时Mg2＋还能作为涉及NTP(核糖核苷三磷酸)或者dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸)的酶促反应的辅助因子(注：NTP包括ATP、CTP、GTP、UTP；dNTP包括dATP、dCTP、dGTP、dTTP)。下列说法正确的是(　　)
A．ATP和dATP的区别在于五碳糖不同
B．较少量的Mg2＋便可满足题干反应的需求，因此Mg2＋属于微量元素
C．一分子dGTP脱去两个磷酸基团后可形成一分子鸟嘌呤核糖核苷酸
D．心肌细胞ATP含量很多，以保证所需能量的持续供应
答案　A
解析　ATP和dATP的区别在于五碳糖不同，ATP含有的五碳糖是核糖，而dATP含有的五碳糖是脱氧核糖，A正确；Mg2＋ 属于大量元素，B错误；一分子dGTP脱去两个磷酸基团后，形成一分子鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；ATP在细胞中含量少，但与ADP的转化速度快，能保证所需能量的持续供应，D错误。
10．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是(　　)
A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变
B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩
C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变
D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离及复原
答案　C
解析　胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A不符合题意；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B不符合题意；载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖通过协助扩散进入哺乳动物成熟的红细胞，如葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，C符合题意；植物细胞会通过主动运输吸收K＋和NO，需要ATP供能，当细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，D不符合题意。
11．“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”，萤火虫尾部发光器的发光机理如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．萤火虫尾部的发光细胞产生的荧光素酶在生物体外没有催化活性，不能被使用
B．荧光素接受ATP供能后被激活，O2不足时，可以由葡萄糖直接供能
C．萤火虫发光需要荧光素酶和ATP的参与，这两者都具有高效性和专一性
D．ATP和ADP相互转化的机制在所有生物的细胞内都一样，体现了生物界的统一性
答案　D
解析　在适宜条件下，荧光素酶可以在体外发挥催化作用，A错误；葡萄糖氧化分解释放能量生成的ATP才能用于各项生命活动，B错误。
12．磷酸肌酸是主要存在于肌肉细胞中的一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到ADP分子中合成ATP。下列相关说法错误的是(　　)
A．磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应
B．ATP合成不一定需要游离的磷酸
C．肌肉细胞中磷酸肌酸和ATP含量都比较高，都能为肌肉运动直接供能
D．磷酸肌酸这种转移机制对维持细胞中ATP的含量相对稳定有重要意义
答案　C
解析　磷酸肌酸能在肌酸激酶催化下，将其磷酸基团转移至ADP分子上，生成ATP，据此推测磷酸肌酸转移磷酸基团时释放能量，用于合成ATP，且ATP合成不一定需要游离的磷酸，A、B正确；ATP能为肌肉运动直接供能，磷酸肌酸不能，细胞中ATP含量低，但人体消耗多，主要是依赖于ATP与ADP之间的快速转化，C错误。
13．(2023·武汉高一期末)蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程；形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法，错误的是(　　)
A．蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的底物不同
B．蛋白质的磷酸化和去磷酸化是可逆反应
C．蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应
D．ATP脱去两个磷酸基团后可作为某些病毒遗传物质的单体
答案　B
解析　蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程需要的酶不同，不是可逆反应，B错误；由图可知，蛋白质磷酸化需要消耗ATP，是一个吸能反应，C正确；ATP脱去两个磷酸基团后的物质是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体之一，可作为某些病毒遗传物质的单体，如HIV病毒，D正确。
14．(每空3分，共15分)人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。请据图回答下列问题：
(1)a→b的变化过程，ATP被水解，释放的能量用于________________________。
(2)b→c过程中，ATP含量增加，说明________________加强，释放更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。
(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明_____________________
________________________________________________________________________。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：______________，
在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：______________________________。
答案　(1)肌肉收缩等各项生命活动　(2)呼吸作用
(3)ATP在细胞内含量虽少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，构成生物体内部的稳定供能环境
(4)ADP＋Pi＋能量ATP　ATPADP＋Pi＋能量
15．(16分)腌制的腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测：①将腊肉研磨后进行离心处理，取一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)反应室内，加入适量的荧光素和荧光素酶，在适宜条件下进行反应；②记录发光强度并计算ATP含量；③测算出细菌数量。分析并回答下列问题：
(1)荧光素接受细菌细胞中________提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成________(填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是__________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与__________(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量，可以使用________处理；高温和Hg2＋处理后酶活性________(填“可以”或“不可以”)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为___________________________。
答案　(1)ATP　正比　(2)化学　光　吸能反应　(3)Mg2＋　不可以　Hg2＋破坏了酶的空间结构
解析　(1)ATP是细胞生命活动的直接能源物质。荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下，形成氧化荧光素并且发出荧光，其发光强度与ATP的含量成正比，所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系。(3)分析曲线图可知，用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度的条件下就能达到较高的发光强度，因此使用Mg2＋处理，能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2＋处理后酶活性不可以恢复。Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为Hg2＋破坏了酶的空间结构。(共67张PPT)
第2节
细胞的能量“货币”ATP
第5章　细胞的能量供应和利用
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学习目标
1.通过分析ATP结构与功能之间的关系，认同结构与功能相适应。
2.通过分析ATP与ADP之间的相互转化，提高理解能力，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
3.通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源不同。
4.通过对萤火虫发光现象的研究，了解荧光素对人类生活的影响。
内容索引
一、ATP是一种高能磷酸化合物
二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
课时对点练
ATP是一种高能磷酸化合物
一
1.中文名称： 。
2.结构简式：A—P～P～P，其中A代表 ，P代表 ，～代表 。
3.特点
(1)ATP不稳定的原因：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都_____________
等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的 。
(2)ATP水解的过程就是 的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种 。
梳理　教材新知
腺苷三磷酸
腺苷
磷酸基团
特殊的化学键
带负电荷而
相互排斥
转移势能
释放能量
高能磷酸化合物
4.功能：ATP是驱动细胞生命活动的 物质。
5.ATP的供能机理：ATP在 的作用下水解时，脱离下来的__________
挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
直接能源
酶
末端磷酸
基团
(1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　)
(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　)
(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　)
×
×
提示　ATP是细胞内的直接能源物质。
提示　ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。
提示　ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。
×
(4)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP(　　)
×
提示　ATP脱去所有特殊的化学键后是AMP。
任务一：分析ATP的结构及特点
1.辨析ATP中的A代表腺嘌呤吗？
资料1　如图为ATP结构式：
(1)ATP的元素组成是什么？图中①②③
的结构分别代表什么？
探究　核心知识
提示　ATP的元素组成是C、H、O、N、P。图中①代表腺嘌呤，②代表核糖，③代表磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示　①②。
2.辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
资料2　α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
(1)从实验结果可知，ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
提示　β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。因为ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)写出ATP水解的反应式。
(3)为什么说ATP是一种高能磷酸化合物(一般将水解时释放20.92 kJ/mol及以上能量的化合物叫作高能化合物)
提示　因为1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。
(4)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示　腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。
(5)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示　ATP完全水解得到腺嘌呤、核糖、磷酸。
核心归纳
1.ATP的分子组成
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成相同。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
核心归纳
2.生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP(直接能源物质)。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)最终能量来源：太阳能。
A.
B.
C.
D.
1.下列图示能正确表示ATP的是
√
落实　思维方法
ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，P代表磷酸基团，正确的连接方式为A项。
2.下列关于ATP分子的叙述，正确的是
A.A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团
B.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C.1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂
D.T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
√
ATP分子的结构简式为A—P～P～P，其中的A代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，T表示三个(磷酸基团)，可见，ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素，A、D错误，B正确；
1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自远离“腺苷”的那个特殊化学键的断裂，C错误。
ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
二
1.ATP与ADP之间的相互转化
(1)相互转化的过程及能量来源图解
梳理　教材新知
呼吸作用
光合作用
(2)ATP与ADP转化的特点
①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处于 之中的。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了 。
动态平衡
生物界的统一性
2.ATP的利用
(1)ATP的利用
主动运输
物质
合成
思考
(2)ATP为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能 的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端 脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的 。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
催化ATP水解
磷酸基团
磷酸化
(3)ATP是细胞内流通的能量“货币”
①吸能反应一般与 的反应相联系，由ATP水解提供能量。
②放能反应一般与 相联系，释放的能量储存在ATP中。
③能量通过 在吸能反应和放能反应之间流通。
ATP水解
ATP的合成
ATP分子
(1)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
×
×
提示　吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。
提示　人在饥饿时，细胞中ATP与ADP依然可以快速转化而达到动态平衡。
(3)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　)
(4)根细胞产生ATP的生理过程为呼吸作用和光合作用(　　)
×
×
提示　ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。
提示　根细胞不能进行光合作用，产生ATP的生理过程为呼吸作用。
(5)ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇(　　)
(6)胞吞需要ATP水解时释放的能量(　　)
√
×
提示　细胞通过自由扩散吸收胆固醇，不需要消耗能量。
任务二：ATP与ADP之间的相互转化
资料　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。而成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。
1.根据资料可知人体内ATP含量很少，但需求量很大，机体是如何解决这个矛盾来满足人体对能量的需求呢？
探究　核心知识
提示　通过ATP和ADP之间的快速转化，来满足人体对能量的需求。
2.请完善ATP与ADP相互转化的表格。
反应
反应类型 水解反应 合成反应
酶的类型 _________ 合成酶
场所 所有需能部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源 ______________________ 有机物中的化学能、光能
能量去向 __________________ ______________________
水解酶
特殊化学键中的化学能
用于各项生命活动
储存于特殊的化学键中
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，所需要的酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化 可逆反应。
不是
任务三：ATP的利用
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是
由ATP直接提供能量的，如大脑思考、电
鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。
如图是ATP为主动运输供能示意图。
(1)由甲→乙过程中，ATP转化为ADP。磷
酸基团的去向及其作用是什么？
提示　ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化，空间结构发生变化，活性也被改变，进而协助Ca2＋进行主动运输。
(2)从Ca2＋的转运过程看，Ca2＋的载体蛋白有什么作用？
提示　一是运输作用，结合Ca2＋进行跨膜运输；二是催化作用，能催化ATP水解。
3.下列有关ATP的叙述，不正确的是
A.ATP的合成一般与放能反应相联系
B.ATP中的能量可以来源于光能、化学能
C.细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP
D.“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
√
落实　思维方法
4.如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：
(1)在人体内，图示左侧的能量来自______作用，右侧的能量用于__________(举一例)。
在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。
呼吸
大脑思考
变成ATP时还需要的条件是__________。将ADP转化为ATP的图示改写
成反应式的形式：________________________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是_________________________________________
_______________。
(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自______作用和______作用。
(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转
ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中
呼吸
光合
能量和Pi
细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP与ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。
网络构建
课时对点练
三
题组一　ATP是一种高能磷酸化合物
1.(2023·连云港高一期末)《晋书·车胤传》记载了东晋时期名臣车胤日夜苦读，将萤火虫聚集起来照明读书的故事。萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是
A.淀粉 B.ATP
C.葡萄糖 D.蛋白质
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2.如图是ATP的分子结构式，下列叙述错误的是
A.ATP中含有C、H、O、N、P五种元素
B.图中虚线框中部分代表腺苷
C.ATP分子中①处断裂后形成了ADP
D.ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
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ATP分子中②的断裂与形成是ATP与ADP相互转化的基础，C错误。
3.(2023·连云港高一期末)ATP上三个磷酸基团所处的位置可以用α、β、γ表示(A－Pα～Pβ～Pγ)。蛋白激酶能将ATP上的一个磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP。若用32P验证蛋白激酶的上述功能，32P应位于ATP的位置是
A.α位 B.β位
C.γ位 D.β位和γ位
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ATP水解释放能量断裂的是末端的那个特殊的化学键，ATP中远离腺苷的化学键断裂后可产生ADP，故蛋白激酶可以催化ATP最末端的磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP，则带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。
题组二　ATP与ADP的相互转化
4.如图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述正确的是
A.反应需要的酶1和酶2是同一种酶
B.ATP与ADP的相互转化处于动态平衡之中
C.该反应物质与能量变化都是可逆的
D.ATP释放的能量主要用于再合成ATP
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此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，C错误；
ATP释放的能量直接用于其他各项生命活动，而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能，D错误。
5.(2023·济南高一期末)如图为ATP与ADP的相互转化，下列叙述正确的是
A.ATP经酶水解后的产物是合成DNA的原料之一
B.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
C.ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
D.ATP与ADP的相互转化使得细胞可以大量储存ATP
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ATP经酶水解后的产物可以是腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一，A错误；
ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，C错误；
ATP在细胞中的量很少，不能大量储存，D错误。
6.下列有关ATP的叙述，错误的是
A.细胞内ATP的含量很少，但消耗量很大
B.ATP与ADP相互转化过程中所需酶的种类相同
C.ATP和ADP迅速相互转化保证了机体对能量的需求
D.人体细胞内形成ATP的主要生理过程是呼吸作用
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ATP与ADP相互转化过程中所需的酶不同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，B错误。
题组三　ATP的利用
7.当细胞膜内侧的Ca2＋与其在细胞膜上的载体蛋白(钙泵)结合时，该载体蛋白可以催化ATP分子末端的磷酸基团转移到载体蛋白上，使载体蛋白磷酸化，将Ca2＋释放到膜外。下列叙述错误的是
A.磷酸化后的载体蛋白空间结构发生改变
B.钙泵体现了蛋白质具有运输和催化功能
C.参与Ca2＋运输的载体蛋白可以重复使用多次
D.加入蛋白质变性剂会提高细胞对Ca2＋运输的速率
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加入蛋白质变性剂会使钙泵变性失活，降低细胞对Ca2＋运输的速率，D错误。
8.下列关于吸能反应和放能反应的说法，错误的是
A.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B.所有细胞中最重要的放能反应是糖的氧化
C.所有植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用
D.肌肉收缩是吸能反应，肌肉做功是放能反应
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放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系，可见，ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，A正确；
所有细胞均可通过呼吸作用将糖氧化分解，在此过程中，储存在糖中的能量被释放出来，即所有细胞最重要的放能反应是糖的氧化，B正确；
并不是所有的植物细胞都能进行光合作用，因此光合作用不是所有植物细胞中最重要的吸能反应，C错误；
肌肉收缩过程中需消耗能量，属于吸能反应，肌肉做功时失去能量恢复原状，属于放能反应，D正确。
9.(2023·佛山高一期末)Mg2＋不仅参与ATP转化为ADP的过程，同时Mg2＋还能作为涉及NTP(核糖核苷三磷酸)或者dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸)的酶促反应的辅助因子(注：NTP包括ATP、CTP、GTP、UTP；dNTP包括dATP、dCTP、dGTP、dTTP)。下列说法正确的是
A.ATP和dATP的区别在于五碳糖不同
B.较少量的Mg2＋便可满足题干反应的需求，因此Mg2＋属于微量元素
C.一分子dGTP脱去两个磷酸基团后可形成一分子鸟嘌呤核糖核苷酸
D.心肌细胞ATP含量很多，以保证所需能量的持续供应
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ATP和dATP的区别在于五碳糖不同，ATP含有的五碳糖是核糖，而dATP含有的五碳糖是脱氧核糖，A正确；
Mg2＋ 属于大量元素，B错误；
一分子dGTP脱去两个磷酸基团后，形成一分子鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；
ATP在细胞中含量少，但与ADP的转化速度快，能保证所需能量的持续供应，D错误。
10.下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是
A.在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变
B.在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩
C.载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变
D.植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离及复原
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胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A不符合题意；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B不符合题意；
载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖通过协助扩散进入哺乳动物成熟的红细胞，如葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，C符合题意；
植物细胞会通过主动运输吸收K＋和 ，需要ATP供能，当细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，D不符合题意。
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11.“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”，萤火虫尾部发光器的发光机理如图所示。下列相关叙述正确的是
A.萤火虫尾部的发光细胞产生的荧光素酶在
生物体外没有催化活性，不能被使用
B.荧光素接受ATP供能后被激活，O2不足时，
可以由葡萄糖直接供能
C.萤火虫发光需要荧光素酶和ATP的参与，这两者都具有高效性和专一性
D.ATP和ADP相互转化的机制在所有生物的细胞内都一样，体现了生物界
的统一性
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在适宜条件下，荧光素酶可以在体外发挥催化作用，A错误；
葡萄糖氧化分解释放能量生成的ATP才能用于各项生命活动，B错误。
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12.磷酸肌酸是主要存在于肌肉细胞中的一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到ADP分子中合成ATP。下列相关说法错误的是
A.磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应
B.ATP合成不一定需要游离的磷酸
C.肌肉细胞中磷酸肌酸和ATP含量都比较高，都能为肌肉运动直接供能
D.磷酸肌酸这种转移机制对维持细胞中ATP的含量相对稳定有重要意义
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磷酸肌酸能在肌酸激酶催化下，将其磷酸基团转移至ADP分子上，生成ATP，据此推测磷酸肌酸转移磷酸基团时释放能量，用于合成ATP，且ATP合成不一定需要游离的磷酸，A、B正确；
ATP能为肌肉运动直接供能，磷酸肌酸不能，细胞中ATP含量低，但人体消耗多，主要是依赖于ATP与ADP之间的快速转化，C错误。
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13.(2023·武汉高一期末)蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程；形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法，错误的是
A.蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的底物不同
B.蛋白质的磷酸化和去磷酸化是可逆反应
C.蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应
D.ATP脱去两个磷酸基团后可作为某些病毒遗传物质的单体
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蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程
需要的酶不同，不是可逆反应，
B错误；
由图可知，蛋白质磷酸化需要消耗ATP，是一个吸能反应，C正确；
ATP脱去两个磷酸基团后的物质是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体之一，可作为某些病毒遗传物质的单体，如HIV病毒，D正确。
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14.人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s
以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌
肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。请
据图回答下列问题：
(1)a→b的变化过程，ATP被水解，释放的能量用于___________________
________。
(2)b→c过程中，ATP含量增加，说明__________加强，释放更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。
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肌肉收缩等各项生
命活动
呼吸作用
(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说
明_____________________________________________
_______________________________________________
______________________________________。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：_______
_________________，在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：_____
___________________。
ATP在细胞内含量虽少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，构成生物体内部的稳定供能环境
ADP＋
ATP
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15.腌制的腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光
素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌
含量进行检测：①将腊肉研磨后进行离心处理，取
一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)
反应室内，加入适量的荧光素和荧光素酶，在适宜条件下进行反应；②记录发光强度并计算ATP含量；③测算出细菌数量。分析并回答下列问题：
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(1)荧光素接受细菌细胞中______提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成______(填“正比”或“反比”)。
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ATP
正比
ATP是细胞生命活动的直接能源物质。荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下，形成氧化荧光素并且发出荧光，其发光强度与ATP的含量成正比，所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是_____能→____能。生物细胞中ATP的水解一般与_________(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
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化学
光
吸能反应
“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量，可以使用______处理；高温和Hg2＋处理后酶活性________(填“可以”或“不可以”)
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Mg2＋
不可以
恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为_________________________。
Hg2＋破坏了酶的空间结构
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分析曲线图可知，用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度的条件下就能达到较高的发光强度，因此使用Mg2＋处理，能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2＋处理后酶活性不可以恢复。Hg2＋处
理后酶活性降低可能是因为Hg2＋破坏了酶的空间结构。第2节　细胞的能量“货币”ATP
[学习目标]　1.通过分析ATP结构与功能之间的关系，认同结构与功能相适应。2.通过分析ATP与ADP之间的相互转化，提高理解能力，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。3.通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源不同。4.通过对萤火虫发光现象的研究，了解荧光素对人类生活的影响。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：______________。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表__________，P代表__________，～代表______________。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都____________________等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的____________。
(2)ATP水解的过程就是______________的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种____________________。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的__________物质。
5．ATP的供能机理：ATP在____的作用下水解时，脱离下来的______________挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
判断正误
(1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　)
(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　)
(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　)
(4)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP(　　)
任务一：分析ATP的结构及特点
1．辨析ATP中的A代表腺嘌呤吗？
资料1　如图为ATP结构式：
(1)ATP的元素组成是什么？图中①②③的结构分别代表什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
________________________________________________________________________
2．辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
资料2　α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
(1)从实验结果可知，ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)写出ATP水解的反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)为什么说ATP是一种高能磷酸化合物(一般将水解时释放20.92 kJ/mol及以上能量的化合物叫作高能化合物)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(4)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(5)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．ATP的分子组成
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成相同。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
2．生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP(直接能源物质)。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)最终能量来源：太阳能。
1．下列图示能正确表示ATP的是(　　)
A.
B.
C.
D.
2．下列关于ATP分子的叙述，正确的是(　　)
A．A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团
B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C．1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂
D．T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
1．ATP与ADP之间的相互转化
(1)相互转化的过程及能量来源图解
(2)ATP与ADP转化的特点
①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处于______________之中的。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了________________。
2．ATP的利用
(1)ATP的利用
(2)ATP为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能____________的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端______________脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的__________。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
(3)ATP是细胞内流通的能量“货币”
①吸能反应一般与__________的反应相联系，由ATP水解提供能量。
②放能反应一般与__________相联系，释放的能量储存在ATP中。
③能量通过__________在吸能反应和放能反应之间流通。
判断正误
(1)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
(3)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　)
(4)根细胞产生ATP的生理过程为呼吸作用和光合作用(　　)
(5)ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇(　　)
(6)胞吞需要ATP水解时释放的能量(　　)
任务二：ATP与ADP之间的相互转化
资料　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。而成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。
1．根据资料可知人体内ATP含量很少，但需求量很大，机体是如何解决这个矛盾来满足人体对能量的需求呢？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．请完善ATP与ADP相互转化的表格。
反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP
反应类型 水解反应 合成反应
酶的类型 合成酶
场所 所有需能部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源 有机物中的化学能、光能
能量去向
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，所需要的酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化________可逆反应。
任务三：ATP的利用
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，如大脑思考、电鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。如图是ATP为主动运输供能示意图。
(1)由甲→乙过程中，ATP转化为ADP。磷酸基团的去向及其作用是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)从Ca2＋的转运过程看，Ca2＋的载体蛋白有什么作用？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．下列有关ATP的叙述，不正确的是(　　)
A．ATP的合成一般与放能反应相联系
B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能
C．细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP
D．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
4.如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：
(1)在人体内，图示左侧的能量来自____________作用，右侧的能量用于____________________(举一例)。
(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自________作用和________作用。
(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是
________________________________________________________________________。
将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式：____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
一、梳理教材新知
1．腺苷三磷酸
2．腺苷　磷酸基团　特殊的化学键
3．(1)带负电荷而相互排斥　转移势能　(2)释放能量　高能磷酸化合物
4．直接能源
5．酶　末端磷酸基团
判断正误
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
提示　(1)ATP是细胞内的直接能源物质。(2)ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。(3)ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。(4)ATP脱去所有特殊的化学键后是AMP。
探究核心知识
1．(1)ATP的元素组成是C、H、O、N、P。图中①代表腺嘌呤，②代表核糖，③代表磷酸基团。　(2)①②。
2．(1)β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。因为ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
(2)ATPADP＋Pi(磷酸)＋能量。
(3)因为1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。
(4)腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。
(5)ATP完全水解得到腺嘌呤、核糖、磷酸。
落实思维方法
1．A　[ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，P代表磷酸基团，正确的连接方式为A项。]
2．B　[ATP分子的结构简式为A—P～P～P，其中的A代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，T表示三个(磷酸基团)，可见，ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素，A、D错误，B正确；1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自远离“腺苷”的那个特殊化学键的断裂，C错误。]
二、梳理教材新知
1．(1)呼吸作用　光合作用　(2)①动态平衡　②生物界的统一性
2．(1)主动运输　物质合成　思考　(2)①催化ATP水解
②磷酸基团　磷酸化　(3)①ATP水解　②ATP的合成
③ATP分子
判断正误
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
提示　(1)吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP依然可以快速转化而达到动态平衡。(3)ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。(4)根细胞不能进行光合作用，产生ATP的生理过程为呼吸作用。(5)细胞通过自由扩散吸收胆固醇，不需要消耗能量。
探究核心知识
任务二
1．通过ATP和ADP之间的快速转化，来满足人体对能量的需求。
2．水解酶　特殊化学键中的化学能　用于各项生命活动　储存于特殊的化学键中　不是
任务三
(1)ATP水解释放的磷酸基团使载体蛋白磷酸化，空间结构发生变化，活性也被改变，进而协助Ca2＋进行主动运输。
(2)一是运输作用，结合Ca2＋进行跨膜运输；二是催化作用，能催化ATP水解。
落实思维方法
3．D
4．(1)呼吸　大脑思考　(2)呼吸　光合　(3)能量和Pi　ADP＋能量＋PiATP　(4)ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中作业21　细胞的能量“货币”ATP
(分值：100分)
第1～9题，每题5分；第10～13题，每题6分，共69分。
题组一　ATP是一种高能磷酸化合物
1．(2023·南通高一期末)《晋书·车胤传》记载了东晋时期名臣车胤日夜苦读，将萤火虫聚集起来照明读书的故事。萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是(　　)
A．淀粉 B．ATP
C．葡萄糖 D．蛋白质
2．如图是ATP的分子结构式，下列叙述错误的是(　　)
A．ATP中含有C、H、O、N、P五种元素
B．图中虚线框中部分代表腺苷
C．ATP分子中①处断裂后形成了ADP
D．ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
3．(2023·成都高一期末)ATP上三个磷酸基团所处的位置可以用α、β、γ表示(A－Pα～Pβ～Pγ)。蛋白激酶能将ATP上的一个磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP。若用32P验证蛋白激酶的上述功能，32P应位于ATP的位置是(　　)
A．α位 B．β位
C．γ位 D．β位和γ位
题组二　ATP与ADP的相互转化
4．如图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述正确的是(　　)
A．反应需要的酶1和酶2是同一种酶
B．ATP与ADP的相互转化处于动态平衡之中
C．该反应物质与能量变化都是可逆的
D．ATP释放的能量主要用于再合成ATP
5．(2023·济南高一期末)如图为ATP与ADP的相互转化，下列叙述正确的是(　　)
A．ATP经酶水解后的产物是合成DNA的原料之一
B．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
C．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
D．ATP与ADP的相互转化使得细胞可以大量储存ATP
6．下列有关ATP的叙述，错误的是(　　)
A．细胞内ATP的含量很少，但消耗量很大
B．ATP与ADP相互转化过程中所需酶的种类相同
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了机体对能量的需求
D．人体细胞内形成ATP的主要生理过程是呼吸作用
题组三　ATP的利用
7．当细胞膜内侧的Ca2＋与其在细胞膜上的载体蛋白(钙泵)结合时，该载体蛋白可以催化ATP分子末端的磷酸基团转移到载体蛋白上，使载体蛋白磷酸化，将Ca2＋释放到膜外。下列叙述错误的是(　　)
A．磷酸化后的载体蛋白空间结构发生改变
B．钙泵体现了蛋白质具有运输和催化功能
C．参与Ca2＋运输的载体蛋白可以重复使用多次
D．加入蛋白质变性剂会提高细胞对Ca2＋运输的速率
8．下列关于吸能反应和放能反应的说法，错误的是(　　)
A．ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B．所有细胞中最重要的放能反应是糖的氧化
C．所有植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用
D．肌肉收缩是吸能反应，肌肉做功是放能反应
9．(2023·佛山高一期末)Mg2＋不仅参与ATP转化为ADP的过程，同时Mg2＋还能作为涉及NTP(核糖核苷三磷酸)或者dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸)的酶促反应的辅助因子(注：NTP包括ATP、CTP、GTP、UTP；dNTP包括dATP、dCTP、dGTP、dTTP)。下列说法正确的是(　　)
A．ATP和dATP的区别在于五碳糖不同
B．较少量的Mg2＋便可满足题干反应的需求，因此Mg2＋属于微量元素
C．一分子dGTP脱去两个磷酸基团后可形成一分子鸟嘌呤核糖核苷酸
D．心肌细胞ATP含量很多，以保证所需能量的持续供应
10．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是(　　)
A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变
B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩
C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变
D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离及复原
11．“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”，萤火虫尾部发光器的发光机理如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．萤火虫尾部的发光细胞产生的荧光素酶在生物体外没有催化活性，不能被使用
B．荧光素接受ATP供能后被激活，O2不足时，可以由葡萄糖直接供能
C．萤火虫发光需要荧光素酶和ATP的参与，这两者都具有高效性和专一性
D．ATP和ADP相互转化的机制在所有生物的细胞内都一样，体现了生物界的统一性
12．磷酸肌酸是主要存在于肌肉细胞中的一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到ADP分子中合成ATP。下列相关说法错误的是(　　)
A．磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应
B．ATP合成不一定需要游离的磷酸
C．肌肉细胞中磷酸肌酸和ATP含量都比较高，都能为肌肉运动直接供能
D．磷酸肌酸这种转移机制对维持细胞中ATP的含量相对稳定有重要意义
13．(2023·武汉高一期末)蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程；形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法，错误的是(　　)
A．蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的底物不同
B．蛋白质的磷酸化和去磷酸化是可逆反应
C．蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应
D．ATP脱去两个磷酸基团后可作为某些病毒遗传物质的单体
14．(每空3分，共15分)人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。请据图回答下列问题：
(1)a→b的变化过程，ATP被水解，释放的能量用于________________________。
(2)b→c过程中，ATP含量增加，说明________________加强，释放更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。
(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明_____________________
________________________________________________________________________。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：______________，
在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式：______________________________。
15．(16分)腌制的腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测：①将腊肉研磨后进行离心处理，取一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)反应室内，加入适量的荧光素和荧光素酶，在适宜条件下进行反应；②记录发光强度并计算ATP含量；③测算出细菌数量。分析并回答下列问题：
(1)荧光素接受细菌细胞中________提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成________(填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是__________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与__________(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量，可以使用________处理；高温和Hg2＋处理后酶活性________(填“可以”或“不可以”)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为___________________________。
答案精析
1．B
2．C　[ATP分子中②的断裂与形成是ATP与ADP相互转化的基础，C错误。]
3．C　[ATP水解释放能量断裂的是末端的那个特殊的化学键，ATP中远离腺苷的化学键断裂后可产生ADP，故蛋白激酶可以催化ATP最末端的磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP，则带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。]
4．B　[此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，C错误；ATP释放的能量直接用于其他各项生命活动，而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能，D错误。]
5．B　[ATP经酶水解后的产物可以是腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一，A错误； ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，C错误；ATP在细胞中的量很少，不能大量储存，D错误。]
6．B　[ATP与ADP相互转化过程中所需的酶不同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，B错误。]
7．D　[加入蛋白质变性剂会使钙泵变性失活，降低细胞对Ca2＋运输的速率，D错误。]
8．C
9．A　[ATP和dATP的区别在于五碳糖不同，ATP含有的五碳糖是核糖，而dATP含有的五碳糖是脱氧核糖，A正确；Mg2＋ 属于大量元素，B错误；一分子dGTP脱去两个磷酸基团后，形成一分子鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；ATP在细胞中含量少，但与ADP的转化速度快，能保证所需能量的持续供应，D错误。]
10．C
11．D　[在适宜条件下，荧光素酶可以在体外发挥催化作用，A错误；葡萄糖氧化分解释放能量生成的ATP才能用于各项生命活动，B错误。]
12．C　[磷酸肌酸能在肌酸激酶催化下，将其磷酸基团转移至ADP分子上，生成ATP，据此推测磷酸肌酸转移磷酸基团时释放能量，用于合成ATP，且ATP合成不一定需要游离的磷酸，A、B正确；ATP能为肌肉运动直接供能，磷酸肌酸不能，细胞中ATP含量低，但人体消耗多，主要是依赖于ATP与ADP之间的快速转化，C错误。]
13．B　[蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程需要的酶不同，不是可逆反应，B错误；由图可知，蛋白质磷酸化需要消耗ATP，是一个吸能反应，C正确；ATP脱去两个磷酸基团后的物质是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体之一，可作为某些病毒遗传物质的单体，如HIV病毒，D正确。]
14．(1)肌肉收缩等各项生命活动　(2)呼吸作用　(3)ATP在细胞内含量虽少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，构成生物体内部的稳定供能环境　(4)ADP＋Pi＋能量ATP　ATPADP＋Pi＋能量
15．(1)ATP　正比　(2)化学　光　吸能反应　(3)Mg2＋　不可以　Hg2＋破坏了酶的空间结构
解析　(1)ATP是细胞生命活动的直接能源物质。荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下，形成氧化荧光素并且发出荧光，其发光强度与ATP的含量成正比，所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系。(3)分析曲线图可知，用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度的条件下就能达到较高的发光强度，因此使用Mg2＋处理，能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2＋处理后酶活性不可以恢复。Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为Hg2＋破坏了酶的空间结构。

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